Расчет водоотливной установки

Содержание Введение

1. Расчет и выбор насоса

1.1 Определение производительности насосного агрегата

1.2 Ориентировочный напор насоса

1.3 Выбор типоразмера насоса

2. Выбор коллектора

2.1 Схемы коллекторов

3. Расчет диаметра трубопроводов

3.1 Определение толщины стенки труб

3.2 Расчет потерь напора в трубопроводе

3.3 Уравнение характеристики трубопровода

3.4 Параметры рабочего режима

4. Проверка вакуумметрической высоты всасывания

5. Мощность и выбор двигателя насоса

6. Работа установки и ее экономические показатели

6.1 Продолжительность работы установки

6.2 Годовой расход электроэнергии и КПД установки Заключение

Исходные данные Высота подъема воды Н_ш=180м Нормальный часовой приток воды в горные выработки горизонта Q_н=120 м³/ч Максимальный часовой приток воды Q_max=450 м³/ч Водородный показатель воды pH=7 ед Срок службы водоотливной установки Т=10 лет Длина трубопровода L_тр=180м

Введение

В условиях быстрого роста производительности шахт и рудников, интенсивной механизации добычи полезных ископаемых и перехода к разработке более глубоких горизонтов горные предприятия испытывают потребность в высокопроизводительном стационарном оборудовании.

Для шахтного водоотлива используют многоступенчатые секционные центробежные горизонтальные насосы типов ЦНС и МС с подачей до 800 м³/ ч и напором до 1000 м.

При эксплуатации стационарных установок горных предприятий возникают условия, которые загрязняют окружающую среду. Они проявляются в виде загрязнения водоемов шахтными водами, в возникновении шума и вибраций в компрессорных, вентиляторных и насосных установках.

Одним из главных направлений по предотвращению загрязнения и истощения водных ресурсов является очистка шахтных вод и переход на замкнутые системы водоснабжения. Шум, создаваемый рудничными вентиляторами и компрессорами, как правило, превышает допустимые уровни. В настоящее время применяют три основных метода уменьшения шума: в самом источнике, на путях его распространения, архитектурно — строительными и планировочными решениями.

Для повышения эффективности работы стационарные установки необходимо выбирать на основании технико-экономических расчетов с учетом конкретных условий горного предприятия.

1. Расчет и выбор насоса

1.1 Определение производительности насосного агрегата Производительность одного насоса и рабочей группы насосов определяю расчетом из условия, что суточный максимальный приток следует откачать не более чем за 20 часов. Расчетную производительность насосного агрегата определяю по формуле:

Где — максимальный часовой приток воды в шахту, м³/ч

1.2 Ориентировочный напор насоса Ориентировочный напор насоса определяю по формуле:

Где Н_г — геометрическая высота подъема воды из шахты, м Значение Н_г определяю как расстояние, измеренное по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива ее в самотечный коллектор или отводящую канаву на поверхности.

Геометрическую высоты подъема воды определяю по формуле:

где =3 мориентировочная высота всасывания, м;

= 1 мпревышение трубопроводом уровня дневной поверхности, м;

1.3 Выбор типоразмера насоса Для водоотливных установок шахт и глубоких карьеров, как правило применяют насосы типа ЦНС.

Выбор типоразмера насоса произвожу по графику рабочих зон (1). По значениям и принимаю насос ЦНСК 500−160…800, характеристика которого приведена в табл.1.

Характеристика насоса ЦНСК 500−160…800 Таблица 1

Необходимое число рабочих колес определяю по формуле:

где — напор, создаваемый одним рабочим колесом, м

Принимаю

Главные водоотливные установки шахт и установки в капитальных уклонах с притоком более 50 м³/ч должны оборудоватьсяне менее чем тремя насосными агрегатами: рабочим, резервным и находящемся в ремонте. При больших притоках применяются группы рабочих насосов.

Число насосов в рабочей группе определяю по формуле:

Принимаю

Число насосов в резервной группе принимаю равному числу насосов в рабочей группе и добавляю один насос, находящийся в ремонте.

Общее количество насосных агрегатов водоотливной установки принимаю по формуле:

гдечисло насосов в ремонте;

— число насосов в резервной группе.

Оптимальный напор насоса нахожу по формуле:

где — число рабочих насосов, ед.;

— тоже что и в формуле (4).

Напор насоса при нулевой подаче определяю по формуле:

где — тоже что и в формуле (7).

Устойчивость режима работы оценивается выполнением условия:

Условие выполняется.

2. Выбор коллектора

2.1 Схемы коллекторов Коллектором называется часть напорного трубопровода, обеспечивающая оперативную коммуникацию всех насосов с индивидуальными, магистральными и технологическими трубопроводами установки. Схема коллектора должна обеспечивать необходимый уровень надежности работы насосной установки и полностью отвечать требованиям ПБ. Схема коллектора установки в первую очередь зависит от числа напорных трубопроводов и насосных агрегатов. Чем их больше, тем сложнее требуется коллектор.

Применяю трехтрубный коллектор, т. к выполняется условие:

насосный трубопровод вакуумметрический электроэнергия Таблица 2Расход трубопроводной арматуры в коллекторах

n_y— число насосных агрегатов в установке, Зазадвижка с автоматическим приводом, Тртройник, Ототвод, Знзадвижка с ручным приводом, Рдрасходометр, Пдпереход (диффузор).

3. Расчет диаметра трубопроводов При расчете трубопровода водоотливной установки необходимо выбрать оборудование для всасывающего и нагнетательного трубопроводов и определить их длину из общей протяженности трубопровода. Принятая схема трубопровода представлена на рис.

Рисунок 1. Схема коллектора насосной установки

1-индивидуальный напорный трубопровод, 2 -тройник для подключения насоса, 3-байпас для сброса воды из коллектора, 4- магистральный трубопровод.

Длина подводящего или всасывающего трубопровода l_вс (м) равна сумме длин: приемной сетки с клапаном, трех колен, расходометра и тройника. Длина напорного трубопровода l_наг (м) равна разнице длин общего L_тр (м) и всасывающего l_вс (м) трубопроводов. В арматуру напорного трубопровода l_наг входят: одна задвижка, один обратный клапан, один тройник и заданное количество колен заданием курсового проекта.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода на участке l_наг определяю по формуле:

где — коэффициент зависящий от числа напорных трубопроводов.

Наружный диаметр трубы принимаю равный D_н=0,194 м = 194 мм Для уменьшения гидравлических сопротивлений диаметр всасывающего трубопровода d_вс (мм) принимаю больше расчетного значения, на 25…50 мм.

3.1 Определение толщины стенки труб Толщина стенки напорного трубопровода определяется из условия прочности по максимальному давлению воды с учетом его срока службы и интенсивности износа внутренней и наружной поверхностей.

Давление в трубопроводе следует принимать равным максимальному давлению по характеристике насоса или в 1,15 раза больше рабочего и для нижнего сечения напорного трубопровода определяю по формуле:

где =1020 кг/м³— плотность воды; =9,81 м/с²— ускорение свободного падения; - напор, создаваемый одним насосом при откачке минимального притока, м.

Расчетную толщину стенки труб определяю из условия:

где — коэффициент, учитывающий прочностные свойства материала труб;

— наружный диаметр трубы, м;

— давление в нижней части трубы, МПа;

— скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/год;

— скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; Тсрок службы трубопровода, лет

— коэффициент, учитывающий минусовой допуск толщины стенки.

Толщина стенок труб может быть переменной по длине трубопровода, возрастая с увеличением давления, а направлении от поверхности к насосу.

Для расчетного расхода скорость воды определяю по формуле:

Для всасывающего трубопровода где — нормальный приток, м³; - диаметр всасывающего трубопровода, м.

Для напорного трубопровода гдетоже что и в формуле (15)

— диаметр нагнетательного трубопровода, м;

Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе определяю по формуле:

Для всасывающего трубопровода где — тоже что и в формуле (15).

Для напорного трубопровода

гдетоже что и в формуле (16).

3.2 Расчет потерь напора в трубопроводе Для определения потерь напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах использую формулу ДарсиВейсбаха:

Для всасывающего трубопровода где — коэффициент гидравлического трения по длине всасывающего трубопровода;

— суммарная длина прямолинейных участков всасывающего трубопровода;

— суммарное количество местных сопротивлений всасывающего трубопровода;

— скорость движения воды во всасывающем трубопроводе.

Для напорного трубопровода

где — коэффициент гидравлического трения по длине напорного трубопровода; - суммарная длина прямолинейных участков напорного трубопровода; - суммарное количество местных сопротивлений напорного трубопровода; - скорость движения воды во напорного трубопроводе.

3.3 Уравнение характеристики трубопровода Для водоотливных установок горнодобывающих предприятий уравнение характеристики трубопровода имеет вид:

где Rпостоянная трубопровода.

Для построения характеристики трубопровода необходимо протабулировать уравнение (22) от 0 до 1,4Q с шагом 0,2Q и записать данные в таблицу. Координаты (Hр; Qр) точки, где пересекаются характеристики насоса и характеристики трубопровода, являются параметрами рабочего режима насосной установки.

Таблица 3 Результаты табулирования уравнения характеристики

4. Проверка вакуумметрической высоты всасывания Геометрическая высоты всасывания принята h_г= 3 м.

Действительную высоту всасывания определяю по формуле:

где — высота всасывания, м.

Допустимую высота всасывания беру из условия:

Условие выполняется.

5. Мощность и выбор двигателя насоса Для обеспечения надежной работы насосного агрегата в длительном режиме, но не более 20 часов в сутки, следует определить мощность при возможной наибольшей производительности насоса в данных условиях.

Расчетную мощность двигателя определяю по формуле:

где — КПД электродвигателя;

— КПД насосной установки.

Номинальную мощность двигателя, определяю по формуле:

Принимаю электродвигатель ДАП-14−69−4; техническая характеристика которого представлена в таблице 4.

Техническая характеристика двигателя ДАП-14−69−4 Таблица 4

После выбора электродвигателя проверяю запас мощности:

гденоминальная мощность двигателя, кВт;

— расчетная мощность двигателя, кВт.

Условие выполняется.

6. Работа установки и ее экономические показатели

6.1 Продолжительность работы установки Продолжительность работы насоса для откачивания нормального притока, определяю по формуле:

где — производительность насоса в рабочем режиме, м³/ч.

Продолжительность работы насоса для откачивания максимального притока, определяю по формуле:

где — производительность насоса в рабочем режиме, м³/ч.

6.2 Годовой расход электроэнергии и КПД установки Годовой расход электроэнергии водоотливной установки определяю по формуле:

где — производительность насоса в рабочем режиме, м³/ч;

— напор насоса в рабочем режиме, м;

— продолжительность работы для откачивания нормального притока, ч;

— число дней в году с нормальным притоком, сут;

— продолжительность работы для откачивания максимального притока, ч;

— число дней в году с максимальным притоком, сут.

— КПД насоса;

— КПД двигателя;

— ЕПД электрической сети.

Годовой приток воды определяю по формуле:

где — тоже что и в формуле (27)

— тоже что и в формуле (29)

— тоже что и в формуле (28)

— тоже что и в формуле (29)

Удельный расход электроэнергии на 1 м³, определяю по формуле:

где — годовой расход электроэнергии водоотливной установки, кВт;

— годовой приток воды, м³.

Режим работы насосной установки считается экономичным, если на стадии проектирования выполняются оба условия:

где — коэффициент полезного действия насосной установки, ед;

— максимальный коэффициент полезного действия насосной установки, ед.

где — тоже что и в формуле, — тоже что и в формуле (30)

— тоже что и в формуле (30)

Условие выполняется.

Заключение

В ходе курсового проектирования был произведен расчет водоотливной установки исходя из заданных условий. В качестве насосного агрегата был выбран насос ЦНСК 500−160…800 и двигатель ДАП-14−69−4МУХЛ4 и представлены их технические характеристики.

После чего сделал детальный расчет параметров водоотливной установки и определил ее основные показатели.

Произвел расчет экономических показателей работы водоотливной установки.